在3C-SiC衬底上制备结构化石墨烯的方法

摘要

本发明公开了在3C-SiC衬底上制备结构化石墨烯的方法，主要解决现有技术制备的石墨烯层数不均匀，且制作器件时由于光刻工艺导致石墨烯电子迁移率降低的问题。本发明采用在Si衬底基片上先生长一层碳化层作为过渡；然后在温度为1150℃-1300℃下进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长气源为C3H8和SiH4；再在3C-SiC样片表面淀积一层0.5-1μm厚的SiO2，并在SiO2上刻出结构化图形窗口；然后将裸露的3C-SiC在800-1000℃下与气态CCl4反应，生成双层碳膜；再在Ar气中温度为1000-1100℃下退火10-20min，在刻出的窗口位置生成双层结构化石墨烯。本发明具有双层结构化石墨烯表面光滑，孔隙率低的优点，可用于制作微电子器件。

主权项

一种在3C‑SiC衬底上制备结构化石墨烯的方法，包括以下步骤：（1）对4‑12英寸的Si衬底基片进行标准清洗；（2）将清洗后的Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10‑7mbar级别；（3）在H2保护的情况下，使反应室逐步升温至碳化温度950℃‑1150℃，通入流量为30ml/min的C3H8，对衬底进行碳化3‑7min，生长一层碳化层；（4）对反应室加温，使其迅速升温至生长温度1150℃‑1300℃，再通入C3H8和SiH4，进行3C‑SiC薄膜异质外延生长36‑60min，然后在H2保护下逐步降温至室温，完成3C‑SiC薄膜的生长；（5）在生长好的3C‑SiC样片表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法，淀积一层0.5‑1μm厚的SiO2，作为掩膜；（6）在掩膜表面涂一层光刻胶，再在掩膜上刻出与所需制作的器件的衬底形状相同的窗口，露出3C‑SiC，形成结构化图形；（7）将开窗后的样片置于石英管中，并连接好各个装置，再对石英管加热至800‑1000℃；（8）将装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60‑80℃，再向三口烧瓶中通入流速为50‑80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的3C‑SiC反应30‑120min,生成双层碳膜；（9）将生成的双层碳膜样片置于Ar气中，在温度为1000‑1100℃下退火10‑20分钟，在刻出的窗口位置重构成双层结构化石墨烯。